Введение
Глава 1. Теоретические основы о сердечных сокращениях и методы их измерения 5
1.1. Структура сердечного цикла 5
1.2. Измерение пульса в жизни человека
1.3. Применение пульсометров 8
1.4. Типы пульсометров 8
1.5. Способы измерения пульса 9
1.6. Принцип работы оптического пульсометра 10
1.7. Преимущества и недостатки пульсометра в смарт-часах и фитнес- трекерах 11
Глава 2. Алгоритмы оценки пульса с помощью видеокамеры 12
2.1. Алгоритмы, основанные на подсчёте количества пиков 12
2.2. Алгоритмы, основанные на подсчёте пиков с дополнительной логикой. 13
2.3. Алгоритмы, основанные на нахождении доминирующей частоты 14
2.4. Алгоритмы, основанные на комбинации подходов 15
Глава 3. Фильтрация данных в среде Matlabl6
3.1. Функции filter, filter2.16
3.2. Функция filtic.16
3.3. Функция filtfilt.17
3.4. Функции medfilt1, medfilt217
3.5. Скользящая средняя фильтрация smooth. 17
3.6. Функция sgolayfilt18
Глава 4. Разработка программного приложения “Пульсометр” 20
4.1. Алгоритм и результаты обработки видеофайла в среде Matlab20
4.2. Среда разработки Android Studio 28
4.3. Компоненты приложений в Android 29
4.4. Программное приложение «Пульсометр» 32
Заключение 38
Литература 39
Приложение 140 Приложение 242
Согласно закону Мура, количество транзисторов в микросхемах удваивается каждые 2 года [1]. Это утверждение остаётся актуальным уже более полувека и доказывается феноменальным ростом производительности процессоров с одновременным уменьшением их стоимости, это также относится и к процессорам смартфонов.
Современный смартфон обладает большей вычислительной мощностью по отношению к любому компьютеру 20-летней давности. Такая доступность технологий стремительно влияет на наш образ жизни, ежедневно открывая перед нами новые возможности. Всего за 15 лет эволюции, мобильный телефон из удобного средства голосовой связи превратился в многофункциональное устройство, без которого сложно представить жизнь современного человека.
С помощью карманного устройства весом в 150 грамм, наши современники совершают банковские операции, снимают и просматривают фильмы, узнают новости и погоду, заказывают еду, прокладывают маршруты и размещают объявления. Одно мобильное приложение совершило революцию в целой индустрии пассажирских перевозок по всему миру, заменив собой десятки тысяч операторов такси.
Помимо досуга и бытовых удобств, потенциал мобильных устройств находит своё применение и в самой важной для человека сфере — здравоохранение. Даже самый скромный по своим техническим характеристикам смартфон обладает достаточным функционалом для использования в качество простого медицинского диагностического устройства. Светодиод вспышки и фотокамеру смартфона, можно использовать в качестве датчика пульса, а его экран — для вывода результата.
Наличие доступного для использования пульсометра в современных гаджетах становится актуальным преимуществом в ходе технического прогресса и урбанизации: ежедневная подвижность человека снижается от поколения к поколению. Как следствие, официальная статистика минздрава фиксирует ежегодный рост уровня сердечно-сосудистых заболеваний среди населения в возрасте от 17 до 45 лет [2]. Успешной профилактикой и лечением подобных недугов является их своевременная диагностика. Решение обозначенной выше проблемы является ключевым основанием для данной дипломной работы.
На основе данной актуальности была поставлена цель по разработке приложения на смартфоне, которое позволяет оценить пульс.
Для решения указанной цели, необходимо решить следующие задачи:
1. Ознакомиться с методами измерения пульса
2. Разработать алгоритм по измерению пульса на персональном компьютере на основе данных полученных с видеокамеры смартфона
3. Разработать алгоритм снятия матрицы данных RGB c информационного потока камеры смартфона в приложении на OC Android
4. Перенести, полученный на компьютере алгоритм, в приложение на смартфоне на ОС Android с использованием языка Java
5. Провести тестирование приложения на группе людей
1. Разработан алгоритм измерения пульса сердцебиения человека на основе данных, полученных с видеокамеры смартфона. Алгоритм основан на подсчёте количества пиков сердечных сокращений.
2. Разработан алгоритм извлечения численных показателей, отражающих модуляцию цветового сигнала RGB сердечным ритмом, из видеопотока камеры смартфона. Показано, что разработанный алгоритм позволяет определить наличие аритмии путём наблюдения за равномерностью интервалов времени между соседними ударами пульса.
3. Разработанный алгоритм был успешно реализован в виде законченного программного обеспечения, работающего под управлением ОС Android.
4. Работоспособность программного приложения протестировано на выборке данных, полученных путём обследования 12 пользователей. Длительность каждой выборки варьировалась от 10 до 30 с.
5. Верификация измерений путём сравнения с результатами ручной диагностики и с показаниями фитнес-часов подтвердила корректность работы программного приложения. Относительная погрешность не превысила 5%.
6. Реализована возможность сохранения результатов измерения пульса с целью диагностики состояния здоровья на долгосрочном интервале наблюдения.
Таким образом, в ходе проделанной работы было разработано готовое к пользовательской эксплуатации программное приложение для смартфона под управлением ОС Android. Данная программа в удобном формате позволяет провести бесплатную первичную диагностику состояния здоровья пользователя
